一种适用于54MHz-88MHz波段的三路功率合成器的制作方法

一种适用于54mhz-88mhz波段的三路功率合成器
技术领域
1.本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种适用于54mhz-88mhz波段的三路功率合成器。


背景技术：

2.近年来，54mhz-88mhz波段三路合成器的使用需求越来越多，vhf(54mhz-88mhz)发射机内部使用的三合一功率合成器是一种常见的无源器件，用于将三路信号相加合成到一个端口输出，完成功率合成的作用。如图1所示，vhf(54mhz-88mhz)三路合成器是由1个3分贝耦合器和1个4.8分贝耦合器的级联完成上述功能，单节3分贝耦合器和单节4.8分贝耦合器的内部电磁耦合是通过板状的带状线宽边耦合实现的。此类合成器一般称为链式合成器。
3.单节3分贝耦合器可以将一路信号分配为功率相等的两路信号，耦合器本身有4个端口，分别为输入端、直通端、耦合端和隔离端。对于理想的3分贝耦合器，其隔离端无输出，直通端和耦合端的输出功率分别为输入端功率的一半，直通端输出信号的相位滞后耦合端输出信号相位90
°
。3分贝耦合器作为功率合成器来使用时，从两个相互隔离的端口输入功率相等，相位差为90
°
的电信号，可以将这两个电信号功率合成起来从一个端口输出，完成功率合成的效果。
4.单节4.8分贝耦合器可以将一路信号分配为功率比为2:1的两路信号，耦合器本身有4个端口，分别为输入端、直通端、耦合端和隔离端。对于理想的4.8分贝耦合器，其隔离端无输出，直通端和耦合端的输出功率分别为输入端功率的2/3和1/3，直通端输出信号的相位滞后耦合端输出信号相位90
°
。4.8分贝耦合器作为功率合成器来使用时，从两个相互隔离的端口输入功率比为2:1，相位差为90
°
的电信号，可以将这两个电信号功率合成起来从一个端口输出，完成功率合成的效果。
5.为了缩小vhf发射机的整体体积，对54mhz-88mhz波段的vhf发射机用的三路功率合成器的外形、端口布局等有比较严格的要求。但目前市场上符合该严格要求的54mhz-88mhz波段的vhf发射机用的三路功率合成器比较少见。


技术实现要素：

6.实用新型目的：为弥补现有54mhz-88mhz波段的vhf发射机用的三路功率合成器的技术空白，本实用新型提出了一种vhf(54-88mhz)三路功率合成器，其内部耦合板均采用折叠的“几”字形结构，通过“几”字形状的折弯数量和“几”字形状的长度尺寸的配合调整，可以方便地改变耦合器的外形及端口间距。
7.技术方案：一种适用于54mhz-88mhz波段的三路功率合成器，由单节3分贝耦合器和单节4.8分贝耦合器进行级联构成；所述3分贝耦合器和4.8分贝耦合器的内部电磁耦合均通过一对结构相同的耦合板耦合实现；所述耦合板包括2个l字结构的上层耦合板、u字结构的下层耦合板和u型连接耦合板，2个所述上层耦合板分别通过u型连接耦合板与下层耦
合板的开口端两侧连接，形成折叠的“几”字形结构；两路等功率且相位差为90
°
的电信号分别从3分贝耦合器的两个相互隔离的端口输入进行功率合并，合并后的电信号输入至4.8分贝耦合器，与第三路电信号进行二次合成，得到合成输出信号。
8.进一步的，第三路电信号通过一段长度为四分之一波长的同轴传输线输入至4.8分贝耦合器中，与经3分贝耦合器合成后的电信号进行二次合成，得到合成输出信号。
9.进一步的，所述同轴传输线为双层结构。
10.进一步的，还包括第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第一负载端口、第二负载端口和输出端口；
11.所述3分贝耦合器包括端口1、端口2、端口3和端口4；其中，端口1和端口3相互隔离，端口2和端口4相互隔离，端口1通过耦合板与端口4连接，端口2通过耦合板与端口3连接；该端口1与第一输入端口连接，端口3与第二输入端口连接，端口2与第一负载端口连接，端口4与4.8分贝耦合器连接，用于向4.8分贝耦合器输入功率为2p的信号，其中p为3分贝耦合器输入的电信号的功率；
12.所述4.8分贝耦合器包括端口ⅰ、端口ⅱ、端口ⅲ和端口ⅳ；其中，端口ⅰ和端口ⅲ相互隔离，端口ⅱ和端口ⅳ相互隔离，端口ⅰ通过耦合板与端口ⅳ连接，端口ⅱ通过耦合板与端口ⅲ连接；所述端口ⅰ与3分贝耦合器的端口4连接，所述端口ⅲ通过一段长度为四分之一波长的同轴传输线接入第三路功率为p的电信号，所述端口ⅱ与第二负载端口连接，所述端口ⅳ与输出端口连接。
13.进一步的，所述第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口均位于同一平面上，且指向相同。
14.进一步的，各输入端口之间间距为3u。
15.进一步的，向第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口中输入的电信号为等功率电信号，且相位要求为0
°
、-90
°
和-90
°
。
16.进一步的，输出端口的轴线与输入端口的轴线垂直。
17.进一步的，所述耦合板的长度为1056mm。
18.进一步的，所述同轴传输线的长度为1056mm。
19.有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
20.(1)本实用新型的vhf(54mhz-88mhz)三路功率合成器中的耦合线采用了“双层”的“几”字型结构，可以根据需要，灵活调整3个输入端口的间距和整个合成器的外形尺寸，使其满足发射机厂家对于输入端口间距及深度的要求，包括满足发射机厂家对输入端口间距133.35mm(3u)，以及满足合成器深度方向尺寸小于350mm的定制要求，有很好的应用价值；
21.(2)通过采用“双层”的“几”字型结构的耦合线，也可以用于设计其他端口间距和尺寸要求的三路功率合成器；
22.(3)三路功率合成器在带内vhf(54mhz-88mhz)的反射损耗大于30分贝，幅度满足6.02
±
0.5分贝，相位差的波动在
±8°
以内，输入端口之间隔离度大于25分贝；
23.(4)本实用新型的vhf(54mhz-88mhz)三路功率合成器整体结构紧凑，方便安装。
附图说明
24.图1为三路功率合成器的原理图；
25.图2为本实用新型的折叠的“几”字形结构的耦合板结构示意图；
26.图3为本实用新型的耦合板和同轴传输线的立体结构示意图；
27.图4为本实用新型的耦合板和同轴传输线的平面结构示意图；
28.图5为本实用新型的三路功率合成器内部图1；
29.图6为本实用新型的三路功率合成器内部图2；
30.图7为本实用新型的三路功率合成器外形图。
具体实施方式
31.现结合附图进一步阐述本实用新型的技术方案。
32.图1示出了三路功率合成器的原理图，本实用新型的vhf(54mhz-88mhz)三路合成器由单节3分贝耦合器和单节4.8分贝耦合器进行级联，可将三路信号相加合成到一个端口输出，完成功率合成。
33.现结合图2至图7，对本实用新型的三路功率合成器的结构做进一步说明。
34.本实用新型的三路功率合成器，包括3分贝耦合器3dbcoupler、4.8分贝耦合器4.8dbcoupler、第一输入端口in1、第二输入端口in2、第三输入端口in3、第一负载端口match1、第二负载端口match2和输出端口out。
35.其中，3分贝耦合器包括端口1c_1、端口2c_2、端口3c_3和端口4c_4；其中，端口1c_1和端口3c_3相互隔离，端口2c_2和端口4c_4相互隔离，端口1c_1通过折叠的“几”字形结构的耦合板1与端口4c_4连接，端口2c_2通过折叠的“几”字形结构的耦合板1与端口3c_3连接；该端口1c_1与第一输入端口in1连接，端口3c_3与第二输入端口in2连接，端口2c_2与第一负载端口match1连接，端口4c_4与4.8分贝耦合器4.8dbcoupler连接，用于向4.8分贝耦合器4.8dbcoupler输入功率为2p的信号，其中p为3分贝耦合器输入的电信号的功率。
36.其中，4.8分贝耦合器4.8dbcoupler包括端口ⅰc_ⅰ、端口ⅱc_ⅱ、端口ⅲc_ⅲ和端口ⅳc_ⅳ；其中，端口ⅰc_ⅰ和端口ⅲc_ⅲ相互隔离，端口ⅱc_ⅱ和端口ⅳc_ⅳ相互隔离，端口ⅰc_ⅰ通过折叠的“几”字形结构的耦合板1与端口ⅳc_ⅳ连接，端口ⅱc_ⅱ通过折叠的“几”字形结构的耦合板1与端口ⅲc_ⅲ连接；端口ⅰc_ⅰ与3分贝耦合器的端口4c_4连接，端口ⅲc_ⅲ通过一段长度为四分之一波长的同轴传输线2接入第三路功率为p的电信号，端口ⅱc_ⅱ与第二负载端口match2连接，端口ⅳc_ⅳ与输出端口out连接。
37.上述三个输入端口位于同一平面上，三个输入端口指向相同，输入端口之间间距为133.35mm(3u)，以确保三路合成器能与发射机的功率放大模块方便连接。且3个等功率输入信号的相位要求为0
°
、-90
°
和-90
°
。输出端口的轴线与输入端口的轴线垂直，从合成器的侧面输出信号，方便连接。输出端口可采用eia 15/8”规格同轴端口，负载端口用于吸收负载。内外导体之间以及耦合板之间都通过聚四氟乙烯棒来支撑、固定，支撑柱直径为10mm。
38.现结合图2、图3和图4对本实用新型采用的折叠的“几”字形结构的耦合板1做进一步说明。
39.传统的“几”字形结构耦合板都是“平面”结构的折叠方式，这种方式只是利用了平面的两维方向(长和宽)，通过折叠结构的数量来调整整个耦合器的外形尺寸和端口间距。但平面垂直的高度方向没有得到很好地利用，当合成器深度尺寸要求较小，同时端口间距也要求较小时，“平面”结构的折叠方式就无法满足设计要求了。因此，本实用新型使用的3
分贝耦合器和4.8分贝耦合器的耦合板均采用2个在垂直高度上进行折叠的“几”字形结构，通过“几”字形状的折弯数量和“几”字形状的长度尺寸的配合调整，可以很方便地改变耦合器的外形及端口间距。为了满足合成器各输入端口间距为133.35mm(3u)和合成器深度方向尺寸小于350mm的要求，本实用新型的耦合板1包括2个l字结构的上层耦合板11、u字结构的下层耦合板12和u型连接耦合板13，2个上层耦合板11分别通过u型连接耦合板13与下层耦合板12的开口端两侧连接，形成折叠的“几”字形结构。
40.通过仿真，优化u型板结构的参数，确保三路功率合成器电气指标满足使用要求，以及确保三路合成器能与发射机的功率放大模块连接后占用尽量少的深度空间。通过合理调整内部“双层”耦合板的“几”字形状的数量和“几”字形状的截面尺寸，可以满足发射机厂家对3路合成器外形、端口布局、体积等方面的要求，同时还能满足对合成器功率容量、端口反射损耗、隔离度等电指标的要求。
41.现对本实用新型采用的长度为四分之一波长的同轴传输线2做进一步说明。
42.本实用新型在4.8分贝耦合器的输入端接了一段长度为四分之一波长、特性阻抗为50欧姆的同轴传输线，使4.8分贝耦合器的那个输入端口(第三输入端口)在54mhz-88mhz的相位偏差波动值小于
±8°
，提高三路合成器的合成效率；该同轴传输线设计为“双层”结构。
43.本实用新型的三路功率合成器适用于54mhz-88mhz波段，而54mhz-88mhz波段的中心频率为71mhz，为了保证耦合端与直通端相位差为90
°
，耦合板的长度为1/4波长的带状线，耦合板的长度约为1056mm。4.8分贝耦合器的输入端口连接的同轴传输线，在54mhz-88mhz波段，其长度也约为1056mm。
44.现对本实用新型采用的单节3分贝耦合器进行仿真，经过仿真调试，频段(54mhz-88mhz)内的端口反射损耗和隔离度都大于32分贝，端口反射损耗都大于32db，耦合度为3
±
0.5分贝。现对单节4.8分贝耦合器进行仿真，经过仿真调试，频段(54mhz-88mhz)内的端口反射损耗和隔离度都大于32分贝，端口反射损耗都大于32db，耦合度为4.8
±
0.5分贝。现对本实用新型的三路功率合成器进行调试、优化，按优化后的结构设计三路功率合成器，对三路功率合成器的样机经过测试，在使用频带内的端口反射损耗大于30分贝，端口间隔离度大于32分贝，耦合度达到6
±
0.5分贝，完全满足发射机厂家的使用要求。